煤炭气化设备(煤炭气化技术)

 

近日，由西安航天源动力工程公司承揽的科林能源技术(北京)有限公司气化烧嘴，成功应用于陕煤集团榆林化学公司180万吨/年乙二醇项目粉煤气化装置，1号炉、2号炉先后一次性点火成功，标志着该项目又一重大里程碑节点顺利完成，为整套装置的试运和投产打下坚实基础。

该装置采用科林CCG粉煤加压气化技术，共设置5台气化炉，同时可接收煤热解装置产生的粉焦和细煤粉，实现能量最大限度的回收利用。烧嘴常规采用紫外火检，易受飞灰、水汽等影响。西安航天源动力工程公司和某高校联合研发可视+视频智能火检，通过视频摄像头精准捕捉烧嘴点火情况，以可视光智能分析识别视频图像内的火焰状态，在点火期间准确反馈火焰信号，进一步保障点火可靠性，降低安全风险。

据悉，西安航天源动力工程公司节能环保（固废）事业部、热能科技事业部分别参与陕煤集团榆林化学公司180万吨/年乙二醇项目配套废气废液综合处置装置、粉煤气化装置建设，同时达到能源清洁与高效利用效果，可满足多种技术需求，形成技术耦合、高效协同的综合解决方案。

陕煤榆林煤炭分质利用制化工新材料示范项目是陕煤集团煤化工产业现代化转型发展的探索示范项目，项目总占地面积约13平方公里，估算总投资达1250亿元。作为目前在建的全球最大现代煤化工项目，该项目先后被列入国家《能源发展十三五规划》《煤炭深加工产业示范十三五规划》等。

煤气化炉盘点

煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽，空气或氧气等）发生一系列的化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。

煤化工项目当中，煤气化炉是最重要的设备，比如鲁奇炉、BGL、德士古水煤浆炉、壳牌熔渣气化炉、恩德炉、航天炉、E-GAS、多喷嘴、温克勒等。

德士古气化炉

德士古气化炉要求：

气化温度1200～1600℃，操作压力4MPa，水煤浆中煤粉浓度约71%(质量)，煤粉中14～60%的粒度小于90μm，碳转化率99%。

德士古煤气化炉生成气的组成（体积%）：

一氧化碳44～51、氢35～36、二氧化碳13～18、甲烷 0.1适宜用作合成氨和碳一化学产品的原料气。

气化过程中，由于压力的不同，一氧化碳、二氧化 碳、氢气和甲烷的比率也不同。随着压力的增加，煤气中二氧化碳和甲烷含量增加，而氢气和一氧化碳的含量则减少。气化炉操作温度的选择主要取决于煤的灰熔点、煤浆浓度及氧纯度，一般在1300～1450℃。

气化工艺用于合成甲醇的气化压力是6～8MPa，工艺气的组成为：CO(40％～46％)、H2(33％~40％)、CO2(17％～22％)、CH (400～1500×10 )。

煤质的影响

水煤浆气化工艺过程与煤的性质要求有一定的限制，主要包括：

（1）煤所含的内水即煤的结合水，能影响煤浆的浓度，内水含量越高，制备的煤浆浓 度越低，降低了煤气的气化率，同时产生的工艺气 中有效气的含量低。

（2）灰分和灰熔点，灰分的主要化学成分是Fe2O3、TiO2、SiO2、A12O3、CaO、MgO、 Na，O等，灰分是以结晶成不同的结构的混合物，灰分含量大，氧气的耗损量也相应的增大，同样煤的 消耗量也增大，灰分每增加1％，氧消耗量增加 0.6％；灰分含量高，熔渣对气化炉的耐火材料冲刷 和渗透就大，缩短耐火材料的使用寿命。灰熔点的 高低程度一般用(TiO2+SiO2+A12O3)／(CaO+MgO+Na2O+FeO+K2O)来计算，其比值范围在 1.988～4.329之间属于易熔，所以由该式可知 CaO、MgO、Na2O、FeO、K2O含量越多，灰熔点越低，TiO2、SiO2、A12O3含量越高，灰熔点越高。通过 添加含CaO、MgO、FeO等物质的助熔剂，降低煤的 灰熔点和黏度，从而能有效的减少工艺管道结垢发 生堵塞现象。

（3）煤中的氮、砷含量，氮含量决定着 灰水处理系统的pH值和氨的生成，pH值高能减轻对系统的腐蚀，但同样使得水中的Ca、Mg 绝大部分以碳酸盐的形式存在引起结垢，反之酸度高，对管道和设备的腐蚀也很严重，水中pH尽可能保持在7左右；过多的氨，能和系统中生成的CO反应形成碳酸氢铵，在低温下能堵塞变化工序的管道。砷能使变换系统中的Co-Mo催化剂中毒，造成触媒粉化。

电价标准主要就是为了引导大家在高峰少用点，在低谷时多用点。我国大部分城市峰谷用电负荷相差过大（以上海举例，夏季峰时负荷可达到3200万，而谷时负荷不到2000万）。

鲁奇炉

鲁奇炉要求：

煤在炉中停留时间1～3h，压力2.0～3.0MPa。适宜于气化活性较高，块度3～30mm的褐煤、弱粘结性煤等。

鲁奇炉生成气的组成(体积%)约为：

氢37～39、一氧化碳17～18、二氧化碳32、甲烷8～10,经加工处理可用作城市煤气及合成气（见彩图）。鲁奇炉是采用加压气化技术的一种炉型，气化强度高。

煤质的影响

（1）干煤气成分：二氧化碳4%，一氧化碳56%，氢气28%，氮气3%，甲烷7%，其它气体2%。

（2）鲁奇炉对煤质的要求：粒度0~50mm，其中0~5mm＜25%，灰分＜25%，含量＜30%，熔点F3＜1500℃。

（3）热稳定型：除褐煤和泥炭外的煤种都适应。对硫含量和挥发分没有特别要求。

BGL

BGL气化炉是在鲁奇炉基础上改装的，主要目的是节省工艺水蒸汽，在液态排渣条件下提高碳转化率。

BGL炉要求：

水力发电:是运用水的势能转换成电能的发电方式，其原理是利用水位的落差（势能）在重力作用下流动（动能），例如从河流或水库等高位水源引水流至较低位处，水流推动水轮机使之旋转，带动发电机发电。

操作压力2.5～7.0MPa，气化温度在1400～1600℃，取消了转动炉篦，灰渣以液态形式排出。由于高温操作，蒸汽分解率超过90%，蒸汽消耗量大大减少，仅为鲁奇炉的15%~20%。BGL气化强度比Lurgi炉提高2.5～3倍，粗煤气中CO2含量由30%降至3%～5%，煤气热值约提高1/4。

BGL生成粗气气体的组成(体积%)约为：

BGL气化炉三维外观图：

煤质的影响

入炉煤的粒度范围为6～50mm（块煤或型煤，<6mm的不超过5%），也可通过喷嘴喷入水煤浆或焦油参加气化。由于温度高，可以气化反应性差、黏结性高的煤，特别适合于气化高挥发分低活性的次烟煤；也可以使用粉煤含量达40%的煤。对含水高、热稳定性差的褐煤可通过预干燥成型方式，既降低入炉煤水分含量，又提高了其热强度。

因是液态排渣，一般控制FT低于1450℃，灰熔点高的煤可通过加入助熔剂后气化。当煤中难熔灰含量超过15%，特别是又含有较高水分的煤是不适合熔渣气化的，一般要求水分和灰分均小于20%。

壳牌炉

壳牌炉要求及生成气组成：

煤质的影响

壳牌炉对煤质的要求：粒度0~90mm＞80%。灰分6～36%,水分3.8～35%，灰熔点从1140～到大于1500℃。

惠生(南京)三期合成气项目气化装置采用壳牌炉。但总体采用壳牌炉的项目没有采用德士古和鲁奇的多。

恩德炉

恩德粉煤气化技术是在德国温克勒技术的基础上，对温克勒炉进行了三项大的改造之后而来。抚顺恩德机械有限公司引进了该技术，并结合中国国情加以开发、完善，采用先进的DCS控制等技术，提高了原来恩德炉的技术水平。

恩德炉特点：

1．目前该技术已经系列化，单炉生产能力有：5000m3／h、10000 m3／h 、20000 m3／h 、40000 m3／h 。

2．煤种适应性较宽。恩德粉煤气化炉适用于褐煤、长焰煤、不粘或弱粘结煤，仅对煤的活性(950 ℃>65％)和灰熔点(T2：1250℃ 以上)有一定的要求，对灰分(低于40％)、煤的粒度(<=10mm)等要求不高。

航天炉

航天炉的主要特点是具有较高的热效率（可达95%）和碳转化率（可达99%）；气化炉为水冷壁结构，能承1500℃ 至1700℃的高温；对煤种要求低，可实现原料的本 地化。该工艺煤种适应性广，从烟煤、无烟煤到褐煤均可气化，对于高灰份、高水分、高硫的煤种同样适用。

航天炉气化温度为约1400～1600℃，最高能到1800℃，碳转化率高达99%以上，冷煤气效率可达到78～83%，产品气体洁净，不含重烃，甲烷含量极低，煤气中有效气体（CO+H2）达到90%左右；

两段式炉

两段式气化炉由于增加了一个适当高度及结构的干馏段，使煤在干馏段内被徐徐加热，进行低温干馏，所产生的焦油不会发生裂解，焦油粘度低，流动性好。

两段式炉要求：

两段煤气发生炉炉内反应层次分明，各个层次的温度也不一样。两段煤气发生炉火层温度（氧化层温度）1000℃-1200℃，双段煤气发生炉火层上还原层温度750℃-1000℃。两段煤气发生炉干馏层450℃-600℃。干燥层100℃-150℃。

多喷嘴炉

多喷嘴由华东理工大学和中国天辰化学工程公司承担的国家重点科技攻关项目新型（多喷嘴对置）水煤浆气化炉开发完成。

在气化炉负荷相对较小时，四喷嘴的气化工艺在技术指标上不占多大优势，但是一旦大规模应用，多喷嘴更具有优势。

相关数据表示：

单喷嘴气化炉碳转化率：98.3%

多喷嘴气化炉碳转化率：96.0%

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